DE102008054012A1

DE102008054012A1 - Einrichtung zur Einstellung der Spur wenigstens eines Rades einer Achse eines mehrspurigen, insbesondere zweispurigen Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102008054012A1
Application number: DE102008054012A
Authority: DE
Inventors: Michael Bogner; Thomas Dirnberger
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2010-05-06
Also published as: WO2010049329A1

Abstract

Einrichtung zur Einstellung der Spur wenigstens eines Rades (1) einer Achse (2) eines mehrspurigen, insbesondere zweispurigen Kraftfahrzeugs, mit einer radnah angreifenden Spurstange (12) zur Übertragung einer durch einen Aktuator (10) erzeugten Verstellkraft an das Rad (1), wobei der Aktuator (10) über eine eine radselektive oder gleichzeitige asynchrone Spureinstellung für beide Räder (1) einer Achse (2) erlaubende Kulissenmechanik (3) mit wenigstens einer Kulisse (4) mit einer Kulissenbahn (5) für darin geführte Führungselemente (7) an die Spurstangen (12) gekoppelt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Einstellung der Spur wenigstens eines Rades einer Achse eines mehrspurigen, insbesondere zweispurigen Kraftfahrzeugs, mit einer radnah angreifenden Spurstange zur Übertragung einer durch einen Aktuator erzeugten Verstellkraft an das Rad.
Hintergrund der Erfindung
Einrichtungen zur Verstellung der Spur von Rädern sind bekannt. Nicht angetriebene Achsen, insbesondere die Hinterradachsen, werden meist mit Vorspur betrieben. Bei der Einstellung der Vorspur spielt zum einen der Rollwiderstand der Räder, zum anderen die Spurstabilität eine Rolle. Die Vorspur soll möglichst gering sein, um entsprechend weniger Rollwiderstand zu erzeugen, jedoch ist eine entsprechende Vorspur notwendig, um das Fahrzeug ausreichend spurstabil betreiben zu können. Die ideale Einstellung der Vorspur ist dabei abhängig von Fahrzeugparametern, insbesondere von der Geschwindigkeit.
Demzufolge bietet es sich an, die Vorspur der Räder variabel zu gestalten, und beispielsweise in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit zu variieren. Auf Autobahnen, wo üblicherweise höhere Geschwindigkeiten gefahren werden, kann die Vorspur etwas zurückgenommen werden. Bei Fahrten auf Landstraßen mit erhöhtem Kurvenaufkommen kann die Vorspur stärker betont werden, was wiederum der Fahrstabilität zugute kommt.
Daher ist es bekannt, die Vorspur der Räder einer Achse symmetrisch gleichartig zu verstellen. Um den Fahrkomfort und die Fahrdynamik noch weiter erhöhen zu können, wurde vorgeschlagen, bei einer Kurvenfahrt eine asymmetrische Verstellung der Vorspur zu ermöglichen, um das Kurvenverhalten zu verbessern. Eine Einrichtung zur Verstellung der Vorspur ist beispielsweise aus der EP 1 361 087 A2 bekannt, worin die Vorspur der beiden Räder einer Achse eines zweispurigen Kraftfahrzeugs jeweils mithilfe eines elektrischen Linearaktuators eingestellt werden kann. Dabei ist jedem Rad ein eigener Linearaktuator zugeordnet. Derartige Einrichtungen sind jedoch dahingehend nachteilhaft, dass sie zum einen aufwändig zu realisieren sind. Es müssen mindestens zwei Linearaktuatoren vorgesehen werden. Ferner erfordert eine solche Ausgestaltung einen komplexen Steuer- und Regelkreis, um ein abgestimmtes, insbesondere synchrones, Verhalten der beiden Linearaktuatoren zu ermöglichen, wenn beispielsweise eine gleichzeitige und gleiche Änderung der Vorspur beabsichtigt ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Einstellung der Spur anzugeben, die es bei einer einfachen und kostengünstigen Konstruktion erlaubt, eine radselektive oder asynchrone Einstellung der Spur der Räder einer Achse zu realisieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Aktuator über eine eine radselektive oder gleichzeitig asynchrone Spureinstellung für beide Räder einer Achse erlaubende Kulissenmechanik mit wenigstens einer Kulisse mit einer Kulissenbahn oder Durchbrechung für darin geführte Führungselemente an die Spurstangen gekoppelt ist.
Es wird demnach vorgeschlagen, zur radselektiven oder asynchronen Einstellung der Spur beider Räder einer Achse einen einzigen Linearaktuator zu verwenden, der über eine Kulissenmechanik an die beiden zur Verstellung vorgesehenen Spurstangen gekoppelt ist. Eine Kulissenmechanik ist einfach zu realisieren, wobei vorliegend die Kulisse, ihre Bewegbarkeit und der Verlauf der Kulissenbahn – beispielsweise Durchbrechungen oder Einsenkungen – so gewählt ist, dass eine radselektive oder gleichzeitig asynchrone Verstellung ermöglicht wird. Die Konstruktion ist mechanisch nicht kompliziert und es wird nur noch ein einziger Aktuator benötigt, um dennoch eine radselektive oder asynchrone Einstellung der Spur, insbesondere der Vorspur, der beiden Räder einer Achse, insbesondere der Hinterachse, zu ermöglichen.
Während im Bereich der Fahrwerkstechnologie aktuell sehr aufwändige Hinterachskonstruktionen umgesetzt werden, um sowohl dem Komfort- aber auch Fahrdynamikansprüchen im gehobenen Fahrzeugsegment Rechnung zu tragen, ist mit der vorliegenden Erfindung eine Technologie offenbart, die es ermöglicht, auch in unteren Fahrzeugsegmenten eine vergleichbare Performance wie im High-End-Segment zu erreichen. Selbstverständlich kann die Erfindung auch zur Optimierung der ohnehin schon aufwändig ausgeführten Hinterachskonstruktionen im High-End-Segment genutzt werden.
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann zudem durch geschickte geometrische Anordnung robust gegen äußere Störgrößen realisiert werden und einen sehr klein dimensionierbaren Aktuator aufweisen, der somit wenig Energie für die Verstellung benötigt.
In konkreter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können die Führungselemente auf einer Führungsplatte angeordnet sein, die über den Aktuator gegenüber der ortsfesten Kulisse bewegt, insbesondere verschwenkt, wird, wobei die Spurstangen an der Führungsplatte angreifen. Dabei werden die Bewegungsmöglichkeiten der Führungsplatte durch die Ausgestaltung der Kulisse vorgegeben, wodurch bestimmte Bewegungen der Spurstangen, die an der Führungsplatte angreifen, resultieren, die zur gewünschten radselektiven oder gleichzeitigen asynchronen Spureinstellung führen. Insbesondere kann als Aktuator ein Linearaktuator verwendet werden, der über eine Schwenklagerung an die Führungsplatte gekoppelt ist. Der Linearaktuator kann dabei beispielsweise einen Elektromotor, gegebenenfalls ein daran angeschlossenes Getriebe, eine an die Ausgangswelle des Getriebes bzw. die Welle des Elektromotors angeschlossene Gewindespindel und eine auf der Gewindespindel angeordnete Spindelmutter aufweisen. Es können jedoch auch hydraulische Antriebe zur Realisierung eines Linearaktuators genutzt werden.
In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung kann die Führungsplatte durch die Kulissenmechanik um zwei Schwenkachsen schwenkbar sein. Dabei kann die Verschwenkung um eine Schwenkachse jeweils einer Betätigungsrichtung des Aktuators aus einer Grundstellung zugeordnet sein. Im Falle eines Linearaktuators bedeutet dies, dass dieser aus einer Grundstellung in zwei Richtungen bewegbar ist, wobei jede der Richtungen eine Verschwenkung der Führungsplatte um eine der Schwenkachsen auslöst. Konkret kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die beispielsweise durch Einsenkungen oder Durchbrechungen gebildeten Kulissenbahn als spiegelsymmetrische Kreisringsegmente um jeweils eine Schwenkachse ausgebildet sind, wobei in der Grundstellung beide Führungselemente auf der Schwenkachse des Kreisrings der anderen Kulissenbahn, insbesondere an einem Ende der ihnen zugeordneten Kulissenbahn, liegen. Es sind demnach zwei Kulissenbahnen vorgesehen, die jeweils ein Kreisringsegment bezüglich einer der beiden Schwenkachsen bilden. Die beiden Schwenkachsen liegen in dieser Ausführungsform spiegelsymmetrisch zu ihrer Mittenachse, sodass auch die beiden Kreisringsegmente der Kulisse spiegelsymmetrisch bezüglich ihrer Mittenachse – vorzugsweise der Fahrzeuglängsachse – sind. Bei einer auf und insbesondere spiegelsymmetrisch zu der Längsachse des Kraftfahrzeugs positionierten Kulisse können beispielsweise jeweils auf einer Seite der Fahrzeug längsachse liegende Kulissenbahnen der auf der anderen Seite der Fahrzeuglängsachse liegenden Schwenkachse zugeordnet sein. Wird nun der Aktuator betätigt, so wird abhängig von der Betätigungsrichtung eines der Führungselemente in einer der Kulissenbahnen bewegt, sodass die Führungsplatte um die dieser Einsenkung oder Durchbrechung zugeordneten Schwenkachse geschwenkt wird. Wird der Aktuator wieder in die Grundstellung zurückgeführt, wird die Führungsplatte ebenso wieder durch Führung des Führungselements in dem Kreisringsegment in die Grundstellung zurückgebracht. Analog erfolgt dies in der anderen Betätigungsrichtung.
Bei einer solchen Verschwenkbarkeit der Kulissenmechanik um zwei Schwenkachsen ist es in einer ersten Variante der vorliegenden Erfindung möglich, eine radselektive Spureinstellung zu ermöglichen. Dazu kann vorgesehen sein, dass die Spurstangen an auf den Schwenkachsen gelegenen Punkten auf der Führungsplatte angreifen. Dies führt dazu, dass, da sich die Führungsplatte je immer um eine dieser Schwenkachsen dreht, immer eine der Spurstangen nicht bewegt wird, sodass an diesem Rad keine Verstellung der Spur erfolgt. Ein solches radselektives System kann leicht mit anderen Spureinstellungs- bzw. Längssystemen an der Achse kombiniert werden.
Eine asynchrone Verstellung kann in einer zweiten Variante der vorliegenden Erfindung somit erreicht werden, indem die Spurstangen an nicht auf den Schwenkachsen gelegenen Punkten auf der Führungsplatte angreifen. Auf diese Weise erfolgt je nach Schwenkachse eine Verstellung der Spur beider Räder gleichzeitig. Auf diese Weise ist eine weitere Optimierung beispielsweise des Kurvenfahrverhaltens möglich, wenn bei Verstellung der Vorspur eines Rades das andere Rad um einen gewissen Bruchteil mit verstellt oder gar gegenläufig verstellt wird.
Wie bereits erwähnt, ergibt sich eine besonders einfache Geometrie, wenn die Kulisse zumindest annähernd auf und insbesondere spiegelsymmetrisch zu der Längsachse des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
Zur Kopplung der Spurstangen insbesondere an die Führungsplatte können an den Lagerpunkten beispielsweise Lagerbohrungen vorgesehen sein, in die die mit Lagerzapfen versehenen Spurstangen eingreifen.
Ein hauptsächliches vorteilhaftes Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist das Kurvenverhalten. Dort liegt bekanntermaßen eine unterschiedliche Radlastverteilung auf den Rädern einer Achse vor. Hier kann durch eine radselektive oder asynchrone, die Verstellung eines Rades betonende Spurveränderung das Fahrverhalten besonders vorteilhaft optimiert werden. Dabei kann beispielsweise das kurveninnere Rad im Wesentlichen stehen bleiben oder nur gering verstellt werden, während dem kurvenäußeren Rad eine größere Spurverstellung zugeordnet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Einrichtung in der Grundstellung, und
2 die Einrichtung aus 1 bei maximal verstellter Spur eines Rades.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Einstellung der Spur, die zur radselektiven Spureinstellung für beide Räder 1 einer Achse 2 ausgebildet ist. Kernstück der Erfindung ist eine Kulissenmechanik 3, die eine ortsfeste Kulisse 4 mit zwei durch Einsenkungen gebildete Kulissenbahnen 5 umfasst, in denen von einer Führungsplatte 6 vorstehende Führungselemente 7 geführt sind. Ersichtlich ist dabei die Kulisse 4 unterhalb der Führungsplatte 6 angeordnet.
Die Kulissenmechanik 3 ist spiegelsymmetrisch auf der Fahrzeuglängsachse 8 angeordnet.
Ersichtlich sind die Kulissenbahnen 5 bogenförmig, hier in Form von Kreissegmenten eines Kreises um jeweils eine der Schwenkachsen 9 ausgebildet, sodass die Führungsplatte 6 letztlich durch Bewegung der Führungselemente 7 in den Kulissenbahnen 5 um die zwei Schwenkachsen 9 schwenkbar ist. Die Schwenkachsen 9 sind symmetrisch gegenüber der Fahrzeuglängsachse 8 angeordnet.
In 1 ist eine Grundstellung gezeigt, in der die Führungselemente 7 am im Bezug zum Fahrzeug hinteren Ende der Kulissenbahn 5 ruhen, also an den Positionen der Schwenkachsen 9, sodass bei einer Bewegung eines der Führungselemente 7 in einer der Einsenkungen 5 bei der Schwenkbewegung das andere Führungselement 7 unbewegt bleibt.
Eine Verstellung wird dadurch erreicht, dass die Führungsplatte 6 sowohl an einen Aktuator 10, der hier als Linearaktuator ausgebildet ist, wie durch den Pfeil 11 verdeutlicht, und Spurstangen 12 zur letztendlichen Spurverstellung gekoppelt ist.
Der Aktuator 10 umfasst im vorliegenden Beispiel einen Elektromotor, ein gegebenenfalls daran angeschlossenes Getriebe, eine an die Ausgangswelle des Getriebes angeschlossene Spindelmutter und eine daran gekoppelte Gewindespindel 13. Die Gewindespindel 13 ist über eine Schwenklagerung 14 an die Führungsplatte 6 gekoppelt.
Der Aktuator 10 kann, wie durch den Pfeil 11 dargestellt, in zwei Betätigungsrichtungen betätigt werden. Dabei entspricht jede Betätigungsrichtung einer Verschwenkung um eine der Schwenkachsen 9, wie durch die entsprechende Kopplung und die oben beschriebene Kulissenmechanik 3 leicht aus der Figur ersichtlich ist.
Damit diese Verschwenkungen um die Schwenkachsen 9 auch eine Einstellung der Spur der Räder 1 zur Folge haben, greifen auch die Spurstangen 12 im vorliegenden Ausführungsbeispiel an unmittelbar auf den Schwenkachsen 9 gelegenen Lagerstellen der Führungsplatte 6 an. Die Spurstangen 12 sind über Lagerzapfen in Lagerbohrungen oberhalb der Führungselemente 7 gelagert.
Diese Ausgestaltung ermöglicht ersichtlich eine radselektive Spurbetätigung bei der hier als Verbundlenkerachse ausgebildeten Achse 2. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die erfindungsgemäße Einrichtung selbstverständlich auch für andere Achskonzepte (wie z. B. Doppelquerlenkerachse, Koppellenkerachse) Anwendung finden kann.
Dadurch, dass die Spurstangen 12 an den Schwenkachsen 9 angreifen, bleibt bei einer Schwenkbewegung der Führungsplatte 6 grundsätzlich eine Spurstange 12 unbewegt. Auf diese Weise wird die radselektive Einstellung ermöglicht. Dies ist genauer in 2 dargestellt. Wird ausgehend von 1 die Gewindespindel 13 durch den Aktuator 10 nach links bewegt, so wird die Führungsplatte 6 durch die Führung des rechten Führungselements 7 in der rechten Kulissenbahn 5 um die linke Schwenkachse 9 verschwenkt, während das linke Führungselement 7 unbewegt bleibt. Dadurch wird die rechte Spurstange 12 mit der Führungsplatte 6 mitbewegt, sodass das rechte Rad 1 wie dargestellt eine Vorspur erhält. Das linke Rad 1 bleibt jedoch unbewegt. Eine solche Einstellung kann beispielsweise angebracht sein, wenn das Kraftfahrzeug eine Linkskurve beschreibt.
Wird die Gewindespindel 13 durch den Aktuator 10 wieder nach rechts bewegt, so wird die Einrichtung wieder in die Grundstellung überführt. Wird die Gewindespindel 13 noch weiter nach rechts bewegt, so erfolgt eine Spurverstellung des linken Rades 1. Selbstverständlich sind auch Zwischenpositionen in den Kulissenbahnen 5 der Kulisse 4 denkbar.
Neben der dargestellten radselektiven Einstellung ist es selbstverständlich auch möglich, eine asynchrone gleichzeitige Verstellung der Spuren der Räder 1 zu erreichen, wenn die Spurstangen 12 nicht an den Positionen der Schwenkachsen 9 angreifen, insbesondere diesbezüglich leicht versetzt sind. So kann eine kombinierte Verstellung beider Räder 1 mit unterschiedlicher Intensität bzw., sofern benötigt, auch gegenläufig erfolgen.

1: Rad
2: Achse
3: Kulissenmechanik
4: Kulisse
5: Kulissenbahn
6: Führungsplatte
7: Führungselement
8: Fahrzeuglängsachse
9: Schwenkachse
10: Aktuator
11: Pfeil
12: Spurstange
13: Gewindespindel
14: Schwenklagerung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1361087 A2 [0004]

Claims

Einrichtung zur Einstellung der Spur wenigstens eines Rades (1) einer Achse (2) eines mehrspurigen, insbesondere zweispurigen Kraftfahrzeugs, mit einer radnah angreifenden Spurstange (12) zur Übertragung einer durch einen Aktuator (10) erzeugten Verstellkraft an das Rad (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) über eine eine radselektive oder gleichzeitige asynchrone Spureinstellung für beide Räder (1) einer Achse (2) erlaubende Kulissenmechanik (3) mit wenigstens einer Kulisse (4) mit einer Kulissenbahn (5) für darin geführte Führungselemente (7) an die Spurstangen (12) gekoppelt ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (7) auf einer Führungsplatte (6) angeordnet sind, die über den Aktuator (10) gegenüber der ortsfesten Kulisse (4) bewegt, insbesondere verschwenkt, wird, wobei die Spurstangen (12) an der Führungsplatte (6) angreifen.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der als Linearaktuator ausgebildete Aktuator (10) über eine Schwenklagerung (14) an die Führungsplatte (6) gekoppelt ist.
Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsplatte (6) durch die Kulissenmechanik (3) um zwei Schwenk achsen (9) schwenkbar ist.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschwenkung um eine Schwenkachse (9) jeweils einer Betätigungsrichtung des Aktuators (10) aus einer Grundstellung zugeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissenbahn (5) als spiegelsymmetrische Kreisringsegmente um jeweils eine Schwenkachse (9) ausgebildet sind, wobei in der Grundstellung beide Führungselemente (7) auf der Schwenkachse (9) des Kreisrings der anderen Kulissenbahn (5), insbesondere an einem Ende der ihnen zugeordneten Kulissenbahn (5), liegen.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurstangen (12) zur Ermöglichung einer radselektiven Verstellung an auf den Schwenkachsen (9) gelegenen Punkten auf der Führungsplatte (6) angreifen.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur asynchronen Verstellung die Spurstangen (12) an nicht auf den Schwenkachsen (9) gelegenen Punkten auf der Führungsplatte (6) angreifen.
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (4) zumindest annähernd auf und insbesondere spiegelsymmetrisch zu der Längsachse (8) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.